Первое упоминание о храме в селе Коробино относится к 1784 году, когда была построена каменная двухпрестольная Троицкая церковь. Храм имел два престола: холодный — во имя Святой Троицы и теплый — во имя святого Димитрия Мироточивого. Приход включал село Коробино и несколько окрестных деревень, насчитывая к 1901 году 221 двор с общей численностью прихожан 1432 человека.
В начале XX века храм оставался центром духовной жизни Коробинской волости Зубцовского уезда Тверской губернии. Во время Великой Отечественной войны церковь была полностью разрушена. Исторические сведения о точной дате разрушения не сохранились, но к середине XX века от храма не осталось следов.
Восстановление храма началось в 2006 году с закладки камня на новом месте в деревне Малое Коробино. Строительство завершилось к 2009 году. Новый храм сохранил прежнее посвящение — Троице Живоначальной, а также традицию двухпрестольности, включив придел святого Димитрия Солунского. Архитектурное решение современного храма отличается от исторического оригинала.
В 2013 году при храме была официально зарегистрирована местная религиозная организация. Храм вошел в состав Ржевской епархии Русской Православной Церкви (Московский Патриархат) и был приписан к Зубцовскому благочинию. Богослужения совершаются на церковнославянском языке по установленному расписанию.